Atomic Layer Deposition

Epitaxy Laboratory김 경 하

발표 수업시 발표자께서는 맨 끝 주의사항을 꼭 읽어주시기 바랍니다.

Thin Film Deposition

► 박막 증착이란 무엇인가?

증착하고자 하는 물질을 수㎚에서 수백㎚의 두께로 특정 기판 위에 올리는

일련의 과정

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► 박막 증착에 요구되는 조건

1. 원하는 구조와 전기적∙기계적 성질의 우수성을 가져야 한다.

2. 불순물이 적어야 한다.

3. 증착된 물질에 빈 공간이 없어야 한다.

4. 균일한 두께의 박막이 필요하다.

5. Step coverage가 좋아야한다.

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► 박막 증착법의 종류

◦ 물리 기상 증착법 ( PVD : Physical Vapor Deposition )

- Sputtering

- PLD (Pulsed Laser Deposition)

- L-MBE (Laser Molecular Beam Epitaxy)

◦ 화학 기상 증착법 (CVD : Chemical Vapor Deposition )

- MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition

- PECVD (Plasma Enhanced Chmical Vapor Deposition

- ALD (Atomic Layer Deposition)

Thin Film Deposition

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Aspect Ratio=AR=h/w Step Coverage가 낮은 박막 실제 예

► Step coverage의 평가 기준

◦ AR < 0.5 ⇒ OK

◦ 0.5 < AR < 1 ⇒ marginal

◦ AR > 1 ⇒ poor

Thin Film Deposition

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Chemical Vapor Deposition

► CVD란 무엇인가?

CVD는 반응성의 gas를 chamber에 주입하여 적당한 활성 및 반응에너지를가하여 기판 표면에 원하는 박막을 형성하는 기술

A(g) + B(g) ⇒ C(s) + D(g)

반도체 산업에 있어서 응용 분야가 다양하며 공정의 정밀한 제어가 가능하여 여러가지 화합물 증착에 유리하고, 같은 원료로부터 조성이나 결정 구조가 다른 재료를 얻을 수 있다.

반응 원료의 유량 및, 증착온도, 시간 등에 매우 민감한 특성을 나타내어 공정 조건을 확립하기가 어려움.

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Chemical Vapor Deposition

► CVD의 장점

1. 융점이 높아서 제조하기 어려운 재료를 융점보다 낮은 온도에서 용이하게 제조

2. 증착되는 박막의 순도가 높음

3. 대량 생산이 가능하여 비용이 PVD법에 비해 적음

4. 여러 가지 종류의 원소 및 화합물의 증착이 가능하며, 공정 조건의 제어범위가 매우 넓어 다양한 특성의 박막을 쉽게 얻을 수 있음

5. PVD법에 비해 훨씬 좋은 step coverage를 얻을 수 있음

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Atomic Layer Deposition

◦ 1973년 핀란드 헬싱키 대학에서 연구 시작 – 74년 핀란드 특허, 77년 미국 특허

◦ 막 형성에 필요한 원소를 한번에 한가지씩 증발시켜 박막을 형성

◦ ALD 기술을 실리콘 반도체 소자 제조에 적용하려는 노력은 한국에서 시작

되었고, 1998년에 ALD 기술을 적용하여 차세대 DRAM 개발 발표

► ALD란?

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► ALD와 CVD의 차이점

◦ CVD – 막 성장에 요구되는 모든 반응 물질들이 웨이퍼의 표면에 노출되면서

박막이 성장

◦ ALD – Gas가 pulse 형태로 공급되며, 유동 상태에서 purge gas에 의해 서로 격리

되어 있음.

각 반응 물질의 pulse가 웨이퍼 표면과 화학적 반응을 일으키며 정밀한

단층 막 성장을 구현.

Atomic Layer Deposition

◦ II-VI, III-V 화합물 반도체, SiO2, 금속산화막, 금속질화막 등

► Materials

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Atomic Layer Deposition

► ALD 증착 원리

1. Self-limiting reaction

◦ 반응물과 표면의 반응만 일어나고 반응물 사이에서는 반응이 일어나지

않음.

◦ 표면에 원자층으로 증착되면 과잉의 반응 기체가 공급되어도 더 이상의

반응 없음.

2. Adsorption

◦ Chemical adsorption : 반응물과 표면과의 반응

◦ Physical adsorption : 반응물과 표면과의 반응

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BYn

Purge

AXn

Purge

on

on

on

on

on

on

Time/cycle1 cycle

Substrate

A

BA

B 1 cycle

Atomic Layer Deposition

► ALD 공정

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Atomic Layer Deposition

Substrate Substrate Substrate Substrate

AX(g) supply

A B

X Y

Purge PurgeBY(g) supply

AX(g) + BY(g) ⇒ AB(s) + XY(g)

► ALD 공정

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► ALD 장점

Atomic Layer Deposition

1. 매우 얇은 막을 증착할 수 있으며, 원하는 두께와 조성을 정밀하게 제어할 수 있다.

2. 대면적의 기판에서도 균일한 두께의 막을 형성할 수 있으며, 300 mm 웨이퍼에도 쉽게 적용 가능하다.

3. 높은 종횡비(aspect ratio)에서도 우수한 step coverage를 나타낸다.

4. 넓은 공정 여유도를 가지고 있기 때문에 기판의 부분적인 온도 및 가스 흐름의 편차는 박막의 특성에 거의 영향을 미치지 않는다.

5. 불순물이 매우 적다.

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► ALD 단점

1. 박막성장률의 매우 낮다.

2. Source와 반응 gas, purge gas의 소모량이 매우 많고, 사용하는 양보다 버리는양이 많다.

► ALD의 활용 분야

시간당 막 성장 속도가 느리다는 것이 ALD 기술을 Si 반도체 공정에 적용하기 어려운 이유였지만 반도체소자의 미세화에 따라 얇고 두께를 정밀하게 제어해야 할 메모리용 유전막, 확산 방지막, 게이트 유전막 등의 수요가 많아져ALD 기술은 핵심적인 반도체 제조 기술 중 하나이다.

Atomic Layer Deposition

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Atomic Layer Deposition

► ALD 장비

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※ 주의 사항 ※

ALD 실험 시험에 대한 주의사항입니다.

발표 수업 시에 발표자는 무조건 100점이라고 알고 계신 분들이 있습니다.

하지만 시험 시에 문제를 풀지 않았는데 점수를 드리는 것은 문제가 있습니다.

발표자와 각 조 조장에 대해서 문제를 풀었을 때 가산점을 조금씩 더 드리는

것이지, 문제를 풀지 않았을 경우에도 점수가 나가지는 않을 것입니다.

이 점 유의하시고 계시기 바랍니다. (백지 제출시 당연히 0점입니다.)